Учёные из Стэнфордского университета (США) разработали процесс, который использует для выработки электроэнергии не только солнечный свет, но и тепло.
Сами исследователи называют своё детище так: термоэлектронная эмиссия с фотонным расширением (photon enhanced thermionic emission, PETE).
«Это настоящий концептуальный прорыв! — восклицает Ник Мелош (Nick Melosh), глава исследовательской группы. — Это новый процесс преобразования энергии, а не просто новый материал или несколько иная настройка. Это принципиально отличается от привычных способов сбора энергетического урожая».
Для полноты картины материалы, необходимые для изготовления соответствующего устройства, дёшевы и легкодоступны. Солнечная энергетика наконец-то станет по-настоящему серьёзным конкурентом нефти.
В большинстве фотогальванических элементов в качестве полупроводникового материала для преобразования энергии фотонов света в электричество используется кремний. Но ячейки поглощают только часть светового спектра, а остальное идёт на генерацию тепла. Это приводит к потере более чем половины первоначальной солнечной энергии, достигающей ячейки.
Увы, высокие температуры, необходимые для систем тепловой конверсии, приводят к резкому снижению эффективности солнечных фотоэлементов. До сих пор никому не удавалось придумать способ «поженить» тепловые и солнечные технологии преобразования энергии.
Группа Ника Мелоша (Nick Melosh) выяснила, что для решения проблемы надо покрыть часть полупроводникового материала тонким слоем цезия. «Мы продемонстрировали новый физический процесс, который не основан на стандартных фотоэлектрических механизмах, но даёт реакцию фотоэлектрического типа при очень высоких температурах, — поясняет учёный. — По сути, при таких температурах он работает лучше. Чем выше, тем лучше».
В то время как большинство кремниевых солнечных элементов становятся инертными при 100 ˚C, устройство на основе PETE достигает максимальной эффективности при температуре выше 200 ˚C. В качестве полупроводника предлагается использовать арсенид галлия, который способен выдерживать такой жар. КПД устройства при этом условии достигает 50–60%. Изучаются и другие материалы.
Поскольку новинка лучше работает при температурах, значительно превышающих то, чего достигают обычные крыши, устройства лучше использовать в концентраторах солнечной энергии, таких как нагревающиеся до 800 ˚C параболические «тарелки», которыми комплектуются крупные солнечные фермы. Обычно механизм тепловой конверсии является частью их конструкции, что сводит к минимуму затраты на внедрение PETE. «Сначала свет обрушится на наши устройства, а неусвоенным теплом займутся уже существующие системы», — подчёркивает г-н Мелош (Nick Melosh).